Грибы это вирус бактериофага

Вы задумывались, почему бактерии еще не захватили власть над природой и почему их количество в окружающей среде всегда приблизительно одинаковое? Что мешает им размножаться в водоемах и почве? Что защищает планету от избытка бактерий?

Ответы на эти вопросы получили еще в прошлом веке, когда наткнулись на род вирусов, которые заражают не человека или животных, а бактерии. Увидев под микроскопом, как под действием этих вирусов среда очищается от бактерий, французский ученый Феликс Д'Эрелль назвал эти микроорганизмы бактериофагами или "пожирателями бактерий".

Бактериофаги были открыты на 20 лет раньше пенициллина, но, когда появился первый антибиотик, успешно убивающий сразу многие бактерии, о бактериофагах забыли, а исследование приостановили. С началом 21 века человечество встало перед серьезной проблемой – бактерии, вызывающие болезни, приобрели устойчивость к антибиотикам. И доктора, в поисках нового антибактериального средства, вспомнили о хорошо забытых бактериофагах – натуральных киллерах бактерий.

От Ганга до лаборатории

На след бактериофагов ученые вышли еще в 19 веке. В 1896 году английский бактериолог Эрнест Ханкин поехал в Индию, чтобы исследовать свойства воды в реке Ганг. Эта река у индусов священна. Местные жители верят в целебные свойства ее вод. Но там, как известно, царила полная антисанитария. Люди купались в реке, сбрасывали в нее трупы больных холерой, но, тем не менее, эпидемии кишечной инфекции не возникало. Что-то препятствовало размножению возбудителя холеры. Ханкин предположил, что вода индийских рек содержит неизвестную субстанцию, которая оказывает антибактериальный эффект и препятствует распространению бактерий. Этим, тогда еще неопознанным, лечащим объектом были именно бактериофаги! Оказалось, что, благодаря им, возбудитель холеры в реке Ганг гибнет за три часа, в то время как в обычном водоеме разрушение занимает почти двое суток.

Фаги широко распространены в природе и обитают не только в водоемах, но и в почве, в организме человека и животных. Словом, там, где есть бактерии, есть и их вирусы-пожиратели. В чистой природной воде на каждую бактерию приходится как минимум 10 фагов. Пока бактерий в среде мало, шансы на то, что фаг найдет "свою" бактерию, небольшие. Но когда обстоятельства позволяют возбудителям инфекции размножаться, рядом с бактериофагом появляется скопление бактерий, и "киллер и жертва" встречаются.

Бактериофаги как лекарство

"Враг моего врага – мой друг". Этой фразой можно описать принцип фаготерапии. Большинство ученых сходятся во мнении, что именно бактериофагам принадлежит будущее в борьбе с инфекциями. Их активное использование может помочь преодолеть устойчивость к антибиотикам, очистить организм и окружающую среду от многих возбудителей.

Даже если человечество в какой-то момент останется без эффективных антибиотиков, мы все еще сможем бороться с возбудителями с помощью натуральных "пожирателей бактерий". Главная особенность бактериофагов в том, что они атакуют только бактерии, не действуя на человеческие клетки.

Фаги используют бактериальную клетку для создания своего потомства, полностью порабощают бактерию, заставляя ее внутренние органы создавать частицы бактериофага. Такое взаимодействие называют абсолютным внутриклеточным паразитизмом.

Почти 96% бактериофагов внешне выглядят как сперматозоиды. У типичного "пожирателя бактерии" есть головка и хвост. Хвост состоит из основного стержня и жгутиков, напоминающих паучьи ножки. В головке содержится генетическая информация бактериофага и ферменты, а хвост предназначен для прикрепления к поверхности бактерий. Кроме классических "хвостатых" бактериофагов, есть и частицы, которые состоят только из головки без отростка или имеют форму палочки или нити, но без головки.

Среди бактериофагов есть два вида – вирулентные и умеренные. Первые настроены радикально, они сразу уничтожают бактерию. Вторые заражают целое семейство бактерий, но убивают не всех.

Бактериофаг уничтожает бактерию следующим образом:

Находит на бактерии нужный белок-мишень или рецептор и "садится" на него своим хвостом.
С помощью шипов на хвосте он плотно прикрепляется к клеточной стенке.
Далее вирус выделяет ферменты, растворяющие наружную оболочку бактерии, и высверливает в ее стенке отверстие.
Через прокол бактериофаг впрыскивает свой геном в бактерию, но оболочка фага остается снаружи бактерии.
Когда ДНК фага проникает в ядро бактерии, последняя теряет свою индивидуальность и перестает контролировать внутриклеточные процессы.
Вирус полностью перестраивает обмен веществ внутри клетки и заставляет бактерию синтезировать белки будущих фагов.
Из белковых молекул собираются новые бактериофаги. Когда их количество становится критичным, бактериальная клетка набухает, а ферменты вируса разрушают ее стенку изнутри. В результате клетка "взрывается", и новое поколение бактериофагов выходит наружу.

Весь цикл длится от нескольких минут до нескольких часов. В среднем бактериофаг воссоздает свое новое поколение за 20 – 40 минут. Это самая высокая скорость размножения, которой обладают живые организмы! За один цикл из одного фага образуется 100 – 300 новых "пожирателей", которые готовы атаковать остальные бактерии в очаге воспаления. Данный цикл бактериофага называют литическим, поскольку инфицированная бактерия подвергается лизису – разрушению.

Но есть еще один вид инфицирования – лизогенный или создающий распад. При нем бактериофаг внедряет свою ДНК в хромосому бактерии, не нарушая функцию клетки. Встроенный в геном бактериофаг еще не собран, а бактерия жива. Незрелая частица вируса, или профаг, после деления бактерии передается по наследству ее потомкам или дочерним клеткам. Из всего потомства профаг может активироваться у нескольких бактерий, не трогая остальных. После активации профаг действует точно так же, как и вирулентный бактериофаг – созревает и разрывает бактериальную клетку. Весь этот цикл называют лизогенным. Он характерен для умеренных, менее агрессивных бактериофагов. В отличие от вирулентных видов, умеренный бактериофаг не уничтожает все бактерии в среде, но подавляет их чрезмерный рост. Таким образом, бактериофаги с умеренной агрессивностью помогают в профилактике болезней, а вирулентные виды – при лечении.

Чем бактериофаги отличаются от антибиотиков?

Антибиотики – это лишь химические соединения, которые в природе выделяют ряд грибов. Бактериофаги являются живыми организмами. По сути, они работают как микроскопические роботы, но запущенные не с помощью нанотехнологий, а самой природой. К бактериофагам чувствительны 70 – 90% штаммов возбудителей различных инфекций. Самые эффективные антибиотики широкого спектра могут подавить 60 – 90% бактерий. То есть по эффективности бактериофаги не уступают антибактериальным препаратам. Но при этом они имеют множество преимуществ.

Первое и самое главное преимущество бактериофагов – отсутствие побочных эффектов. Их прием абсолютно безопасен для человека, но одновременно очень эффективен для борьбы с инфекцией!

Фаги – самостоятельные борцы против бактериальных инфекций. Состояние иммунной системы человека не влияет на работу фагов. Они действует избирательно только на те бактерии, у которых есть особые "сигнальные" белки на поверхности – рецепторы. При этом на одну бактерию может подействовать только ее "личный" бактериофаг. И этот же фаг не сможет уничтожить другой вид или даже группу бактерий, поэтому, если Вы принимаете бактериофаг, Вам не грозит дисбактериоз кишечника и связанные с ним понос, диарея или грибковая инфекция. Вам не потребуется дополнительный прием противогрибковых средств или пробиотиков, как это бывает при приеме антибиотиков. Таким образом, фаготерапия не только эффективна, безопасна, но еще и позволяет сэкономить на лечении.

Сравним антибактериальное действие бактериофагов и антибиотиков в организме. Когда в очаг воспаления попадает бактериофаг, он размножается и уничтожает все чувствительные к нему бактерии, пока орган не будет очищен полностью. После каждой уничтоженной бактерии в среде образуется несколько сотен бактериофагов, а значит, принимать дополнительно дозу не нужно. Когда все вредные бактерии в зоне уничтожаются, бактериофаг также удаляется из организма, не причиняя ему вреда.

Что же происходит, если мы принимаем антибиотики? Чтобы антибиотик подействовал, его должно быть много. Поэтому врачи назначают таблетки несколько раз в день. Так концентрация препарата во всех тканях организма постепенно возрастает и доходит до терапевтической, то есть дающей лечебный эффект, спустя трое суток. Но врачи продолжают прием антибиотиков до 7 - 10 дней, иначе недобитые бактерии приобретут к нему устойчивость. За это время из-за высокой дозы препарата у больного проявляется ряд побочных эффектов, поскольку антибиотик – это яд не только для бактерий, но и для организма.

Вторым главным преимуществом бактериофагов является то, что они эффективны, даже когда антибиотики бессильны. Бактерии, вызывающие у нас инфекцию, постепенно находят способы противостоять препаратам. Они эволюционируют, начинают вырабатывать ферменты, которые разрушают антибиотик, и эта способность передается всему поколению выжившей бактерии. Раньше устойчивость к антибиотикам возникала в течение 20 – 30 лет. За это время ученые успевали создавать новое поколение лекарств, и врачи успешно лечили все виды инфекций. Но сейчас всего за 2 – 3 года возбудители становятся невосприимчивы к антибиотикам, причем устоять перед лекарством способны даже те микробы, которые появляются в стерильных условиях больницы.

Чтобы бактерия приобрела устойчивость к фагу, она должна мутировать, поменять свой "белковый код" и строение рецептора на клеточной стенке, к которому фиксируется ее вирус-пожиратель. Но фаги тоже способны к эволюции, поэтому для любой новой группы ли штамма возбудителей обязательно образуется свой "пожиратель".

Эта гонка за выживание происходит постоянно. Пока существуют бактерии, будут существовать и их убийцы-фаги. Поэтому, когда одна культура бактериофагов становится неэффективна, нужно просто выделить новую группу, чтобы вылечить инфекцию. А сделать это можно не за несколько лет и даже не месяцев. Новый бактериофаг получают за 2 – 3 дня или несколько недель.

Все, что нужно для получения новых фагов – выделить их из той же среды, где обитает возбудитель инфекции, например, из каловых масс, почвы, сточных вод и даже из горячих источников или глубин океана. Производство препарата очень простое и экологически чистое. Чтобы отделить вирус от среды, образец пропускают через фильтр, который задерживает бактерии, но пропускает мелкие частицы бактериофагов.

Несмотря на явные преимущества, бактериофаги уступают антибиотикам по нескольким параметрам. Поскольку фаги действуют, как "снайперы", нацеливаясь на конкретных бактерий, врач должен точно знать возбудителя инфекции. Высокая избирательность бактериофагов не позволяет использовать их, если инфекция вызвана сразу несколькими патогенными микробами. В таких случаях назначают антибиотики широкого спектра, действующие на целый ряд бактерий. Но и эта проблема разрешима. Чтобы фагопрепарат мог уничтожить все вредные бактерии в организме, создают "коктейли" из нескольких видов бактериофагов.

Фаготерапия - маленькие помощники при серьезных инфекциях

На первый взгляд кажется странным, что вирус может быть использован для лечения! Но сегодня большое количество серьезных, гнойных и опасных для жизни инфекций лечатся фагами – вирусами, атакующими бактерии.

По спектру действия, фаги бывают:

моновалентные – поражают бактерии определенного типа;
типовые – действуют против штаммов или группы бактерий одного вида;
поливалентные – разрушают бактерии целого рода;
комбинированные – содержат фаги к нескольким возбудителям, действуют против микробных ассоциаций.

Препараты, содержащие фаги, выпускают в виде мазей, таблеток, суспензий, аэрозолей или свечей. Но чаще всего бактериофаги назначают в жидкой форме. Раствором орошают воспаленную полость органа, смазывают им рану, принимают внутрь или вводят внутривенно.

При лечении бактериофагами важен один нюанс. Самостоятельно подобрать препарат Вы не сможете, поскольку каждый "коктейль" из бактериофагов чувствителен только к определенным группам бактерий, штаммам, и абсолютно неэффективен, если у Вас выявили другие варианты того же вида. Если врач решит назначить Вам фаготерапию, то сперва у Вас возьмут анализы, чтобы выявить возбудителя и подобрать к нему "пожирателя".

В зависимости от воспаленного органа, Вам потребуется сдать следующие анализы:

анализ крови;
анализ мочи;
копрологическое исследование;
исследование мокроты;
мазок с кожи или слизистой оболочки.

Взятый материал осматривают под микроскопом, а затем делают посев на питательную среду. Когда бактериальная колония начинает расти, лаборант уточняет вид возбудителя, и добавляют в среду фаги. Если среда очистилась от возбудителей, значит фаг подобран верно, а лечение будет эффективным.

С помощью бактериофагов лечат инфекции, вызванные следующими бактериями:

кишечная палочка;
стафилококк;
стрептококк;
синегнойная палочка или псевдомонада;
клебсиелла;
протей;
энтерококки;
возбудители дизентерии и сальмонеллеза.

Иногда перед врачами даже не стоит выбор между антибиотиком и бактериофагом. В последние годы регистрируются вспышки кишечных инфекций, при которых ни один из антибиотиков не может помочь.

Например, антибактериальная терапия практически бессильна при псевдомембранозном колите – это воспаление толстой кишки, которое вызывается агрессивной бактерией Clostridium difficile, или клостридией. Из-за нее развивается тяжелая, опасная для жизни диарея. До недавнего времени псевдомембранозный колит можно было вылечить только с помощью пробиотиков. Больному фактически пересаживали новую микрофлору в кишечник. Но оказалось, что бактериофаги могут уничтожить клостридии гораздо быстрее и легче. Эффективность лечения была задокументирована Американским Сообществом Микробиологов в 2016 году. Подробнее об этом читайте, перейдя по ссылке в списке источников литературы.

Еще одной всемирной проблемой медицины являются псевдомонады. Самый распространенный вид псевдомонад – синегнойная палочка. Она часто вызывает внутрибольничную инфекцию или воспаление дыхательных путей, легких, среднего уха, мочевыводящих путей. Палочка устойчива не только к антибиотикам, но и к дезинфицирующим средствам, однако ее успешно уничтожают бактериофаги.

Фаготерапия показана при следующих болезнях:

кишечная инфекция;
инфекция дыхательных путей;
пневмония и воспаление плевры;
гнойная инфекция кожи;
гнойная хирургическая инфекция;
инфицирование послеоперационной раны;
абсцесс легкого;
паратонзиллярные гнойники;
поддиафрагмальный гнойник;
инфекция среднего уха;
воспаление околоносовых пазух;
кишечный дисбактериоз;
перитонит;
остеомиелит;
инфекционно-аллергический ринит, фарингит, дерматит и конъюнктивит;
инфекция желудочно-кишечного тракта;
холециститы;
воспаление спинномозговой оболочки;
любая гнойная инфекция с высоким риском заражения крови;
мочеполовая инфекция;
циститы;
пиелонефриты;
ожоги и травмы.

Бактериофаги применяют не только у взрослых, но и у новорожденных при воспалительных болезнях и высоком риске заражения крови.

Можно ли использовать бактериофаги для профилактики?

При первых признаках простуды или когда рядом есть болеющие инфекцией люди, возникает мысль выпить антибиотики и застать врасплох бактерии, предупредив развитие инфекции. На самом деле так мы не только не помогаем организму, но и вредим ему. Антибиотик не в состоянии предупредить инфекцию. Он просто уничтожит все чувствительные к нему бактерии. Но останутся те, которые приобрели устойчивость. В первую очередь, организм станут атаковать выжившие грибки.

Принципиальная разница фаготерапии в том, что ее можно и нужно использовать, если возникла вспышка какой-либо инфекции. В Московском научно-исследовательском институте эпидемиологии и микробиологии создали "коктейль" из бактериофагов, который можно применять в качестве профилактики кишечных инфекций. Препарат прошел испытания. Оказалось, что он способен восстановить кишечную микрофлору и предупредить размножение условно-болезнетворных микробов в кишечнике.

Если Вы вступили в контакт с больным человеком, и к Вам перешли заразные микробы, прием бактериофагов остановит размножение бактерий. Именно это свойство бактериофагов играет важнейшую роль в лечении и профилактике внутрибольничных инфекций, кишечных инфекций в детских садах и школах, при пищевых токсикоинфекциях или заражении питьевой воды.

Материал несёт информационно-справочную функцию! Перед применением любых средств или услуг необходимо проконсультироваться со специалистом!

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Елинов Николай Петрович

BACTERIAL AND FUNGAL VIRA, OR BACTERIOPHAGES AND MYCOVIRA (QUINTA ESSENTIA FROM THE REPORT AT XVI TH KASHKIN READINGS JUNE 20, 2013)

ВИРУСЫ БАКТЕРИЙ И ГРИБОВ, ИЛИ БАКТЕРИОФАГИ И МИКОВИРУСЫ (QUINTA ESSENTIA ИЗ ДОКЛАДА НА XVI КАШКИНСКИХ ЧТЕНИЯХ 20 ИЮНЯ 2013 Г.)

Блинов Н.П. (профессор кафедры)*

НИИ медицинской микологии им. П.Н. Кашкина, Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова (кафедра медицинской микробиологии), Санкт-Петербург, Россия

Ключевые слова: ассоциации, бактерии, бактериофаги, вироиды, вирусы, грибы, микробный мир, миковирусы, патогены, при-

BACTERIAL AND FUNGAL VIRA, OR BACTERIOPHAGES AND MYCOVIRA (QUINTA ESSENTIA FROM THE REPORT AT XVITH KASHKIN READINGS JUNE 20, 2013)

Yelinov N.P. (professor of the chair)

Kashkin Research Institute of Medical Mycology, North-Western State Medical University named

* Контактное лицо: Блинов Николай Петрович, Тел.: (812) 303-51-40

after I.I. Mechnikov (Chair of Medical Microbology), St. Petersburg, Russia

Key words: associations, bacteria, bacteriophages, viroids, vira, fungi, microbial university, mycovira, pathogens, prions

ШТРИХИ К ИСТОРИИ:

Английский бактериолог Фредерик Туорт в 1915 г. открыл группу вирусов, инфицирующих бактерии; теперь они известны как бактериофаги, или просто фаги; французско-канадский микробиолог Феликс Д' Эрель в 1917 г. сообщил об открытии бактериофагов (микробы и саранча); В.К. Зворыкин в 1924 г. высказал и реализовал идею создания оптического сканирующего микроскопа на примере современного телевидения, а в 1935 г. принципиально новую идею построения электронного микроскопа сформулировал М. Кноль.

S Электронная микроскопия и ультраструктура фагов, особенно фагов Т-группы (Т1-Т7), размножающихся на Escherichia coli.

•f Работы российских и грузинских научно-практических исследователей.

1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ НАЗВАНИЙ:

ВИРУС - от. лат. Virus - яд

БАКТЕРИЯ - от греч. Bacteria - пал(оч)ка

ГРИБ - от лат. Fungus - гриб, губка

БАКТЕРИОФАГ - (Bacteria - см. выше); от греч. Phagein - есть, пожирать

МИКОВИРУС - от греч. Mykés - гриб, (Virus -см. выше).

2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОНЯТИЙ:

микроб, микроорганизм, организованные частицы (вирусы, вироиды, прионы).

В большинстве своём микробы различимы в микроскопе(-ах). К микробам относят: бактерии, грибы (грибки), одноклеточные водоросли и про-тисты (простейшие организмы), вирусы, вироиды и прионы, составляющие самостоятельные Царства: Bacteria, Fungi, Planta, Animalia, Vira и Organized particles (Viroids, Prions), другие организованные частицы - вироиды и прионы, соответственно.

Бактерии - чаще одноклеточные организмы, грибы (грибки) и водоросли могут быть одноклеточными и многоклеточными, протисты чаще также одноклеточны.

Функционально микробы различны; с медицинской точки зрения, важными являются их свойства патогенности, то есть способность вызывать заболевания у разных макроорганизмов, включая людей. В научной литературе отмечен тот факт, что только 1% существующих на планете Земля бактерий вызывают болезни человека. Следовательно, сапробные бактерии во много раз численно превышают патогенные бактерии.

МИКРООРГАНИЗМ (от греч. uiKpoL - малый, от лат. Organismus - организм, живое существо). Как правило, микроорганизмы способны развиваться (расти и размножаться) на искусственных и(или) естественных питательных средах, включая и способность паразитировать на (в) живых существах, но такие микробы, как вирусы, вироиды и прионы не способны развиваться ex vivo (вне живых существ), то есть они являются облигатными (обязательными - от англ. obligator) паразитами. Структурно их нельзя называть организмами - вирусы и вироиды фактически являются организованными частицами, содержащими какой-либо один тип нуклеиновой кислоты -ДНК или РНК (никогда вместе), а прионы - это одиночные инфекционные белковые молекулы.

3. МЕСТО ОРГАНИЗОВАННЫХ ЧАСТИЦ В

СИСТЕМЕ МИКРОБНОГО МИРА (см. ниже)

Происхождение вирусов остается неизвестным до сих пор - нет их ископаемых источников, и поэтому гипотетически пытаются обосновать возникновение этих частиц, а родственные связи между вирусами доступны изучению лишь с помощью методов молекулярной филогенетики.

Гипотезы о происхождении вирусов:

B) КОЭВОЛЮЦИИ, согласно которой вирусы возникли из сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков в то же историческое время, что и первые на Земле живые клетки, и зависят от клеточной жизни уже миллиарды лет, включая современную эпоху.

Классификация вирусов по Д. Балтимору (1971) на группы по содержащейся НК [2]:

1.1. Класс I - вирусы, содержащие двухцепочечные

1.2. Класс II - вирусы, содержащие одноцепочеч-ные ДНК.

1.3. Класс III - вирусы, содержащие двухцепочеч-ную РНК.

1.4. Класс IV - вирусы, содержащие одноцепочеч-ные РНК.

1.4.1. Класс IV - вирусы, содержащие одноцепо-чечные (+)РНК.

1.4.2. Класс V - вирусы, содержащие одноцепо-чечные (-)РНК.

1.5. Класс VI - вирусы, содержащие одноцепочеч-ные (+)РНК, реплицирующиеся через стадию ДНК.

1.6. Класс VII - вирусы, содержащие двухцепочечные ДНК, реплицирующиеся через стадию одноце-почечной РНК.

Фото 1. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1975 г. Дэйвид Балтимор

Это молекулы РНК, у которых нет белковой оболочки, и их не расценивают вирусами. Однако по некоторым свойствам они приближаются к отдельным вирусам, и поэтому их рассматривают субвирусными частицами, или вирондами, оказавшимися заметными патогенами растений. Они не кодируют собственные белки, но взаимодействуют с клетками-хозяевами, используя их в ходе репликации собственной РНК, Кстати заметим, что вирус гепатита содержит РНК-геном, сходный с геномом вирои-дов, но не способный синтезировать белок оболочки. Чтобы сформировать вирусные частицы, он прибегает к использованию белка капсида вируса гепатита И и, следовательно, может реплицироваться лишь в клетках, зараженных этим вирусом. Во т почему вирус гепатита О является дефектным. Однако л ¡о бая гипотеза остается гипотезой, а не аксиомой!

Фото 2. Лауреат Нобелевской премии по медицине в 1997 г. Стенли Б. Прузинер

Прионы выступают патогенам и-возбудителями губчатой энцефалопатии у млекопитающих; Так, прион скрейпи индуцирует болезнь скрейни у коз и овец; прион ТЭН вызывает трансмиссионную энцефалопатию у порок; прион С№Х> - хроническое опустошающее заболевание у лосей и оленей; прион ГЭКРС - губчатую энцефалопатию у крупного рогатого скота (коров); прион ГЭ - губчатую энцефалопатию у кошачьих; прион куру - болезнь куру у людей (связана с ритуальным каннаболизмом народности Форе в восточной части Новой Гвинеи); прион БКЯ и новый вариант уБКЯ — болезнь Крейцфель-да-Якоба у людей; прион - синдром Герстман-на-Штойелера Шейнкера у людей; прион ФСБ - фатальную семейную бессонницу у людей.

Прионы способны стимулировать процесс самокопирования. Приемный белок существует в двух изоформах: нормальной - РгРс и прионной — PrP.Sc ,

3.3. ПРИОНЫ — инфекционные белковые молекулы, не содержащие нуклеиновых кислот (НК), то есть это - с а м око д и ру hi щиес я белки.

Рис. 1-Две изоформы прионного белка: нормальная -РгРс и прионная - РгР5с

Поскольку прионная форма при взаимодействии с нормальным белком способствует его превраще-

нию 1! исходную прионную форму, можно предполагать, что вирусы могли произойти от самовоспроизводящихся молекул.

4. СТРОЕНИЕ ВИРУСОВ

4.1. СТРОЕНИЕ ВИРУСОВ БАКТЕРИЙ, ИЛИ БАКТЕРИОФАГОВ.

Рис. 2, Бактериофаг

По размеру бактериофаги ¡; сотни и тысячи раз меньше микробных клеток. Наиболее типичная форма их - головка с хвостом (отростком). По длине хвост в 2-4 раза больше диаметра головки, в которой содержится одноцепочечная или двухцепочечная РНК или ДНК (генетический материал) с транс-криптазой в неактивном состоянии. Головка окружена белковой или липопротеиновой оболочкой — капсидом, сохраняющим геном вне клетки. НК + Капсид = Нуклеокапсид!

Согласно номенклатуры и классификации вирусов (2000) фаги подразделили па РНК-еодержащие и ДНК-содержащие, из которых первые включают 2 семейства (Cystoviridae и Leviviridaé), а вторые -10 семейств: Corticoviridae, Fusselloviridae, Inviridae inovirus, Lipothrixviridae, Myoviridae, Ptaamaviridae, Plectovims, Podoviridae, Siphoviridae, Tectiviridae. [4].

Бактериофаги могут иметь икосаэдрический капсид - правильный двадцатигранник, собранный из множества копий одного или двух специфических белков. Углы структуры головки преимущественно состоят из пентамеров белка, а опора каждой стороны - из гексамеров того же или сходного белка.

б - белковый чехол хвоста, 7 - фибрилла хвоста, 8 - шипы, 9 - базальная пластинка

Хвост |отросток) фага представлен белковой трубкой, являющейся своеобразным продолжением белковой оболочки головки; в основании хвоста содержится ЛТФ-аза, регенерирующая энергию для инъекции генетического материала.

Известны также фаги с коротким отростком или без него, а также нитевидные, К тому же но форме различают фаги сферические, овальные или плео-морфные.

4.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БАКТЕРИОФАГА С Б А КТ ЕР И АЛ ЬН Б1М И КЛЕТКАМИ [5,6].

Подобно всем вирусам, фаги являются облигат-ными (внутриклеточными) паразитами. Несмотря на то, что они переносят всю информацию для запуска собственной репродукции в соответствующем хозяине, они лишены механизмов выработки энергии и рибосом для синтеза белка, i lo типу взаимодействия бактериофагов с бактериальными клетками различают вирулентные и умеренные фаги.

Первые только возрастают в количестве посредством логического цикла, включающего 5 последующих стадий: адсорбция фага на клетке, проникновение в клетку, биосинтез компонентов ([jara и их сборка, выход бактериофага из клетки.

Рис 4. Взаимодействие бактериофага с бактериальными клетками

Продолжительность этого процесса во времени может составлять от нескольких минут до нескольких часов. После лизиса кле ток освобождаются новые частицы зрелого бактериофага. Альтернативой рассмотренному Логическому циклу выступает ли-зогенный цикл, при котором фаг, вместо репликации, обратимо взаимодействует с генетической системой клетки-хозяина, интегрируяСь В хромосому или сохраняясь в форме плазмиды. В атом цикле вирусный геном реплицируется синхронно с ДНК кле тки-хозяина и ее делением. Фаг в подобном состоянии называю профагом.

Бактерия, содержащая нрофаг, становится лизо-генной до тех пор, пока при определенных условиях или спонтанно профаг не будет стимулирован на

реализацию лизирующего цикла репликации. Этот переход от лизогении к лизису именуют лизогенной индукцией или индукцией профага. Отметим, что скудные условия для роста и развития клетки-хозяина способствуют возникновению лизогенного пути и, напротив, хорошие условия способствуют развитию литической модели. По специфичности бактериофаги различают: видовые, типовые и поливалентные (лизируют бактерии разных видов).

4.3. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

БАКТЕРИОФАГОВ НА ПРАКТИКЕ

4.3.1. В генной инженерии в качестве векторов, переносящих участки ДНК или трансдукторов при естественной передаче генов между бактериями.

Фаговые векторы обычно создают на базе умеренного бактериофага X, содержащего двухцепочеч-ную линейную молекулу ДНК [7].

Определенные модифицированные фаги X проходят литический цикл без лизогении. Примечательно, что фаги без вставок (менее 38 000 пар нуклеотидов) или, напротив, со слишком большими вставками (более 52 000 пар) не развиваются и не поражают бактерии.

4.3.2. Репликация бактериофагов происходит только в живых клетках, и поэтому их используют для определения жизнеспособности бактерий, например, в клеточной биотехнологии.

4.3.3. В медицине как альтернатива антибио-тикотерапии. На практике сравнительно давно применяют следующие бактериофаги: дизентирийный, клебсиеллезный, колипротейный, колифаг, пиобак-териофаг, поливалентный, протейный, стафилококковый, стрептококковый и др. Сравнительная оценка фагов и антибиотиков при лечении патологических бактериальных процессов у людей.

ВИРУСЫ ГРИБОВ, ИЛИ МИКОВИРУСЫ

У большинства грибов вирусы существуют преимущественно как сапробы. Отдельные грибные штаммы могут поражаться многими вирусами, однако большинство миковирусов тесно связаны со своим единственным хозяином, передаваемым вирус своим потомкам. Ныне вирусы изолированы из 73 видов 57 родов, относящихся к 5 классам; детально описано свыше 5 000 видов их, но предполагают что вирусов существуют миллионы [8]. Отдельные систематики и таксономисты полагают, что вирусы

- это одна из наиболее многочисленных биологических форм, имеющихся почти в каждой экосистеме на Земле (начиная от вирусов и архей, и кончая растениями и животными).

Основные таксономические единицы вирусов представлены: отрядами (-virales), семействами (-viridae) подсемействами (virinae), родами (-virus), видами (-virus). По современной классификации ICTV в неё включены 7 отрядов, 87 семейств, 19 подсемейств, 349 родов, около 2 300 видов и более 3 000 ещё не классифицированных вирусов. Специальный комитет в составе ICTV, занимающийся классификацией миковирусов, выделяет 3 семейства их с наиболее изученными в семействе Totiviridae [9].

Миковирусы, индуцирующие гиповирулентность грибов - патогенов, могут быть использованы для борьбы с микотическими заболеваниями у людей, животных или растений, вызываемых такими гипо-вирулентными возбудителями.

Вирусные заболевания грибов могут наносить ущерб грибоводческим предприятиям (потеря товарного вида у целевого продукта - например, побу-рение плодовых тел шампиньонов, изменение окраски у зимнего опёнка, выраженное снижение плодовой массы и др.).

Вирусы имеют генетические связи с представителями флоры и фауны на Земле. Принято считать, что геном человека более чем на 30% состоит из вирусоподобных элементов, транспозонов и их остатков.

Вирусам принадлежит важная роль в молекулярной и клеточной биологии. Как системы - они просты, их можно использовать для изучения и управления функционированием клеток.

Открытый нами миковирус у Fusarium javanicum var. radicicola, являющийся двунитевой РНК-содер-жащей структурой, потенциально заманчив для индукции противовирусного интерферона in vivo.

Не так давно открыто явление РНК-интерференции - как важный защитный механизм, помогающий клеткам эукариот бороться с вирусами и подавлять активность эгоистических фрагментов ДНК - транспозонов. В 2006 г. это открытие было отмечено Нобелевской премией (фото 3).

Фото 3. Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2006 г. Эндрю Файр (слева) и Крейг Мело за открытие механизма РНК-интерференции <подавления экспрессии) генов двухцепочечной РНК

Однако дрожжи и некоторые другие грибы утратили систему РНК-интерференции; что позволяет им содержать в своих клетках симбиоитический вирус, который помогает таким грибам уничтожать конкурентов [10].

Рис. 6. РНК-интерференция вирусов, второй этап. Домен с РНК-азной активностью (Dicer) - 1, домен первично-зависимые РНК-полимеразы - 2; основной домен - 3; соединительная спираль -4

дцРНК репликация вируса предшественник

У микроРНК ^Argonaute

ДНК -гтт ттг ^wPHK 5._ж_HL3'

метилирование деградация мРНК блок, трансляции

Рис. 7. Общая схема РНК-интерференции вирусов, дцРНК - двухцепочечная РНК; Dicer и Argonaute - бел к и-ферменты; RITS-RNA - индуцированные transcriptional silencing; R1SC-RNA - индуцированный silencing complex

Ключевую роль в работе системы РНК- интерференции играют белки Йкег и АгцапаШе (Рис. 5-7). 11ервый атакует двухцепочечную РНК и вырезает из нее короткие фрагменты, которые затем присоединяются ко второму белку АгцапаиСе. Образовав-

шийся комплекс из белка и короткой РНК находит и уничтожает любые молекулы РНК, Содержащие такую же последовательность нуклеотидов, как в коротком фрагменте.

2. Baltimore D. Expression of animal virus genomes // Bacterid. Rev. - 1971. - Vol. 35, N3. - P. 235-241.

3. Prusiner S.B., Scott MB. Genetics of prions // Annual. Rev. Genet. - 1997. - Vol. 31. - P. 139-175.

4. Van Regenmont.alM.HV., et al. Virus taxonomy. Classification and nomenclature of viruses. Seven report of the International Committee on Taxonomy oi Viruses. — San Diego: Academic Press. — 20(H). — P. 43-53, 64-129.

5. GulLman В., Reya R., Kuller F.. Basic: Phage Biology/ in: Вас Lei о phages: Biology and Applications (Kutter F.. and Sulakvelid-ze A. ed). - CRP Press. - 2005. - P. 29-66.

6. Raya R.R., Hebert E.M. Isolation of phage via induction of lysogens. Bacteriophages: methods and protocols, vol. i: isolation, characterization and interaction (Clokie M.R.J., Kropinski A.M, cds). - 2009, - Vol. 501, - P, 23-32,

7. Мырошников K.A. Бактериофаги* - 2013. - Postnauka - 465 c,

8. Breitbart M„ Roltver К Здесь вирус, там вирус, везде те же вирусы? // Trends Microbiol. - 2005, - Vol. 13, №'6. - P. 278-284.

9. McGraw-Hill. Sciemce & Technology Encyclopedia: Fungal virus. - 2013,

10. Fire A., Xu S., Montgomer M., et al. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in CaenorhabdiLis elegans И Nature. - 1998. - Vol. 391 (6669). - P. 806-811.

Читайте также: